手持式多功能測試儀表

桂林電子科技大學信息科技學院 張思琦 麻永琪 李貝妮

手持式多功能測試儀表是電子領域的新型測試儀器，主要的功能有覆蓋數字示波器和數字萬用表，數字示波器一樣具有捕獲信號的功能、還可以測量得到峰峰值、還具有萬用表的測量電壓電流和電阻功能。手持式多功能測量儀表具有小巧便攜靈敏的特性，大多數都用于生活中的簡易測量。包括五位左右的電參量靈敏度,濕度,溫度以及海拔高度等多種多樣的物理量的測量功能，還有很多種傳輸控制接口，有IEEE1588精確定時同步的優點，這已經足夠便攜一體化等多個方面的需求。為學生解決創新性綜合設計題目提供了一些便利，也利于學生在公共場合隨身攜帶，例如室內，圖書館，實驗室和教室圖書館等。這次設計的產品具有體積小，功耗低，精度高的功能，手持式多功能測試儀表足以在特定領域滿足我們的基本需求！所以我們專門研究并且設計有高精度，用途廣的手持式多功能測試儀表來進行一表多用，方便我們日常攜帶和進行推動國內手持式多功能測試儀表技術發展有著重大意義。

1 數字示波器系統設計

數字示波器整體結構如圖1所示。

圖1 系統整體結構

2 示波器設計

2.1 示波器設計原理

主要原理是對形成的大信號進行衰減，對形成的小信號進行放大再利用ADC信號進行采集數據，再利用軟件的編稱對數據進行處理最后還原信號。

衰減電路和調擋電路

2.2 示波器硬件設計流程

示波器硬件設計流程圖如圖2所示。

圖2 示波器硬件設計流程圖

2.2.1 換擋電路和衰減電路

衰減電路利用了分壓電阻，換擋電路則通過主要控制芯片的IO口來控制繼電器的導通再對不同放大倍數進行調整。

2.2.2 放大整形電路

利用低噪聲的高速運放OPA2277對其輸入信號再進行5.1倍的反相放大之后送入7ns的高速比較器AD8561所搭建反相遲滯比較器進行比較，依據數據手冊了解到AD8561輸出的高電平值為3.5V，低電平為0V。

3 萬用表設計

3.1 萬用表硬件設計

萬用表硬件設計流程如圖3所示。

圖3 萬用表硬件設計流程圖

3.1.1 直流和交流電壓的測量

我們所利用的直流電壓為200V，交流電壓2v和20V檔位，因為電壓過小，ADC采樣所得到的數據會出現較大的誤差，通過運放來進行放大10倍的測量，通過軟件操作來進行衰減，2v的檔位恰好處在ADC采樣的范圍之內，這個檔位就不用繼續處理20v的檔位。因為幅度值偏大，所以用電阻能達到10倍的衰減，再用軟件進行放大。

3.1.2 交流和直流電流測量電路的設計

ACS712是一個霍爾傳感器，可以檢測電流，這個器件具有精準的低偏置線性。霍爾傳感器，周圍的銅傳導路徑表面的電路片和電流可以通過銅傳導路徑形成的磁場感應到被轉換后的電壓。

3.1.3 電阻測量電路

將標準的電阻和被測量的電阻進行串聯，再通過分壓的原理，測出被測量電阻兩端產生的電壓，根據公式計算出電阻值不相同的檔位選擇不同的標準電阻。

3.1.4 通斷電路檢測

測量輸入后兩端的電阻值，如果電阻值小于30歐．主挖芯片所控制的蜂鳴器就會響起。

3.1.5 限幅電路

ADC采樣的范圍在0-3.3v之間，如果超過0-3.3vADC極容易被燒毀，所以在切換量程時輸出信號的幅度有可能會超出輸入所給電壓的范圍為了防止這種情況的發生、我們需要在輸入端入起保護作用的電路。采用高速的二極管、所以最后控制由壓鉗位在0-3.2V。

3.2 萬用表軟件設計

3.2.1 直流電壓軟件的測量流程

開始→ADC初始化→ADC采集數據并取200次平均→液晶顯示電壓值→結束

3.2.2 交流電壓測量軟件的設計

開始→ADC初始化→ADC采集數據→尋找最大最小值，計算峰峰值→液晶顯示電壓值→結束

3.2.3 直流電流測量軟件設計

開始→A D C初始化→ADC采集數據并取200次平均→轉換為電流值并顯示→結束

總結：這次試驗最終實現信號源和示波器的同步使用，旋轉按鍵對萬用表功能進行切換，示波器也具有垂直靈敏檔位、水平靈敏度檔位和改變觸發電平的功能。信號源可以輸出三角波，方波和正弦波三種不同波形。幅度可以在0～8V頻率可以達到0～10KHz，最小頻率可以在1Hz，最大頻率為1KHz。通過滑動變阻器來改變輸出的幅度，通過旋轉按鍵調節輸出波形，頻率。萬用表可以測量的直流電壓在0-20v，交流電壓在0-20v范圍，交流和直流電流0-5A，電阻0-200k，并且還有通斷檢測，利用三個波動開關進行實現功能切換還有檔位的切換功能。5V電壓進行供電，使用RGB液晶屏幕進行顯示。

本手持式多功能測試儀表設計構造簡單，電路簡便，器件相對便宜，主要核心是主控芯片，運用主控芯片的內部資源和外部電路結合來完成整體設計，功能較多，而且體積小、便于攜帶等很多優點，對于電源需求也十分方便，易上手操作。

本手持式多功能測試儀表主要的使用人群是面向教師和高校師生。在高校中，大部分的學生使用這些儀器僅在實驗室，這些儀器中的功能都是相互獨立的。采用液晶顯示，體積小而且功能全面，重量質量輕、使用起來非常便捷，可以節省造作時間，可以使得很多同學脫離實驗室進行測量，還可以讓教師在上課的時候針對具體的測量問題，操作更直接，還可以達到實踐和理論合一的效果。設計的示波表也適合于電子設備的日常維護和故障診斷，電子測量領域中的一類新型的超級實用的測試儀器，并且實現了價格低，性能高的特點，便于目前市場使用的需求。